автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Технологии и технические средства крепления сверхглубоких скважин, функционирующих в режиме геолабораторий

и од

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ УФИМСКИЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Бердичевский Валерий Иосифович

ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КРЕПЛЕНИЯ СВЕРХГЛУБОКИХ СКВАЖИН, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В РЕЖИМЕ ГЕОЛАБОРАТОРИЙ ( На примере Кольской скважины СГ-3 )

Специальность .05.15.10. - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа, 19ЯЗ г.

Работа выполнена в Научно-производственном центре "Кольская сверхглубокая" ГНПП "Недра". "Роскомнедра"..

Научный руководитель:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Файн Г.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, про$есоор . Сит пиков Г.«*. .'

каншдат технических наук Янтурин А.Ш.

Ведущее предприятие: Государственный институт по проектированию и исследованию работ в нефтяной промышленности "Гипровосток-нефть"

Ж^К^К в ¿^ас.

Защита диссертации состоится, на заседании специализированного Совета ДОбв. 09.02 при Уфимском нефтяном институте по адресу: 450062, Уфа-62, ул. Космонавтов, 1, УНИ.

О диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве Уфимского нефтяного института

Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь .специализированного Совета доктор физико-:. атематических наук, доцент Р. Е Бахтизин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Сверхглубокие скважины, бурящиеся с научными целями, дают уникальные данные о реальных фиэико-химических процессах в глубинных частях земной коры, об их зависимости от распределения полей деформаций и напряжений в геопространстве. Само заложение сверхглубокой скважины с научными целями, по сути, должно предопределять возможность ее использования в виде глубинной геолаборатории. Проектирование конструкции и бурение таких скважин следует проводить о учетом возможности-обеспечения разноплановых исследований всевозможных направлений наук о Земле, дальнейшего поэтапного их углубления для изучения буровых процессов, протекающих на больших глубинах, совершенствования буровой техники. Конструкция такой скважины должна обеспечить не только доведение ее до максимально возможной глубины, но и выполнение вышеперечисленных исследований. Иными словами, изначально эти скважины проводятся в режиме геолаборатории.

Росгеолкомом в 1991 г. принято решение о соэдании на базе заканчивающихся бурением сверхглубоких скважин геолабораторий с постановкой крупных задач по комплексному изучению континентальной земной коры.

Сверхглубокое бурение с научными целями в нашей стране началось в 1970 г. с проводки Кольской скважины СГ-3. В настоящее время закончен третий этап бурения на глубине 12261 м и скважина переводится в режим, геолаборатории.

Помимо Кольской скважины по программе глубинного изучения недр бурится еще ряд сверхглубоких скважин в России: Уральская, Тюменская, Воротиловская, ТиманоПечорская, а в ближнем зарубежье: Криворожская, ' Днепрово-Донецкая, Саатлинская и Мурунтаузсгля. Соответствующие программы разработаны также в США, Германии, Швеции, Англии и Японии. В Швеции пробурена скважина Гравберг-1, в Германии осуществляется проект КТБ.

Разрезы сверхглубоких скважин, бурящихся в кристаллическом фундаменте, представлены порода'®, часто перемежающимися по прочностным характеристикам и по углам залегания, что вместе с формой сечения ствола

предопределяет осложнения бурового процесса' Так, ствол Кольской скважины СГ-3 имеет диаметр близкий к номинальному и круглую форму сечений только в верхних интервалах протерозойского комплекса. Ниже ствол скважины приобретает ярко выраженную эллипсовидную форму поперечного сечения с кавернозными участками, приуроченными к зонам тектонических нарушений. Ш протяженности такие участки занимают до 25% разреза Эгй факторы в большой степени ватрудаяют управлений траекторией ствола и приводят к искривлению в генитном и в азимутальном направлениях. Наличие застойных зон бурового раствора и трудности в регулировании его реологических свойств обусловливают возникновение значительных сил сопротивления осевому перемещению и вращению бурильной колонны, движению каротажного кабеля. Аварийные ситуации л осложнения, возникающие в открытом стволе, трудно поддаются ликвидации. Бее это диктует необходимость поэтапного закрепления ствола скважины обсадныш колоннами.

В скважине СГ-3 стальная обсадная колонна диаметром 245 мм спущена на глубину 8770 м. Для дальнейшего поэтапного углубления и обеспечений длительного функциошровьгшя ствола / с рэшш геолаборатории обоснована необходимость валреплэпи* зго очэродиой обсадной колонной на глубину 12000 м. Щи этом сохрэияэтси возможность проведения широкого спектра геофизических гаслэдаваянй в порзкрытоА части разреза .

Сложность бурения СЕераглубошгп сксакип зачастую вызывает необходимость применения целого рада .гмрадищоашхг яэняшга-технологических решений, одно из которых излзгаэ-гал V нзатсар.рй рабою.

Цель работы. На основа анализа гсрио-геолсгнчзских и рэнимно-тех-нологических условий в стволе еззржглубошк сквагдш разработать комплекс технологических рзшзпий а.гзхкпчззкпх срадэтп крепления,- обеспечивающий надежное фушщионировшше с«Еаг.зш в рвйиш геол-абораторий.

Основные задачи кссдэдодзнил; : •. .

- аналиэ влияния горно-геологических и рекимно-технологических 4акгоров на формирование п виЗор инструкции сверхглубокой скважины, буряи-'йся в кристаллических горных породах;

- оценка влияния особенностей сверхглубоких скважин на конструкцию ;г технологию крепления;

- б -

- выбор материалов и гсэпструмивных параметров обсадных труб для крепления шишей части рапрэга сверхглубоких скважин, фушсционирующих врежимегеолаборагсрий;

- разработка технологий и комплекса технических средств крепления.

15зтоди исслодовапш. Поставленные задачи решались путем проведения аналптичзсга®, лсюорггоршд, . стендовых и промысловых исследований по спзцпаяыю рзврзботадшл* што дикам. фи постановке исследований . п обработке их результатов использовались методы математической статистики и штошхшэское планирование эксперимента:

Научная повкзш: : ^

- вьавжиш особенности фэршфования конструкции сверхглубоких скважин для обзспсчгпия вЬаиогшости юс длительного функционирования в режиме геолабораторнй;

- получены аналитичэскнэ севкспностп влияния радиальных размеров и формы сочзпиа ствола4 на коэффициент заполнения затрубного пространства тампонакаын растпороы;

гсуешсвлзны вгишгпшсти, позволяющие учитывать упругое удлинение бурильной кшготш п спрздэлить взаимное местоположение стысово'шых узлсв пр'1 секционной спуске обсадных колонн;

- обосновала зозыозееость создания сбсадкых труб из алшшгевых сплавов для. сверхглубоких екаагкк, : йшкцконирухвцсх в реетше геолабораторкй; . ; . - -

- обоснованы основннэ агаплуатациошшэ. хзрактеркстгааг. обсадных труб из алкшшевья сплавов и установлены из: расчетные параметры для проектирования процесса крепления.

Практическая значимость и реализация результатов работы. На основе аналитических и эксгёзржгптаяышЕ : исследований разработан технико-технологический " коыпхгкс, ' обеспечиваний возможность длительного функционирования сквакин в . режиме геолаборатория. Разработана методика, позволяй^ аналитическим путем прогнозировать долговечность обсадных ./колонн, впервые в практике бурения сверхглубоких скважин для крепления нижней неустойчивой части

раареза предложено использование обсадных труб из алюминиевых сплавов,' дающих возможность получения геолого-геофиэической информации на закрепленном участке ствола, а также дальнейшего бурения с применением стандартного породоразрушащего инструмента и забойных двигателей.

Разработана техническая документация на изготовление труб для конкретных условий Кольской скважины СГ-3 и проект нормали на изготовление трубной заготовки, • который использован в качестве основы для разработки технологической оснастки и освоения производства опытной партии обсадных труб. .

Разработанная конструкция обсадной колонны из немагнитного сплава обеспечивает возможность определения ее пространственного положения в стволе скважины, что позволяет повысить точность расчета прижимающих усилий.

Разработанный комплекс технико-технологических решений внедрен при креплении Кольской скважины до глубины 8770. м Обсадной колонной диаметром 245 мм и при составлении технического проекта на перевод очважины в режим геолаборатории.

Апробация работы. Основные. разделы диссертации докладывались на Международном семинаре "Сверхглубокое континентальное бурение и глубинные геофизические исследования" в г. Заполярном, на Ученом Совете ГНПП " Недра" в г..Ярославле, на кафедре бурения Самарского технического университета, в институте Гипррвостокнефггь, : на кафедре бурения Уфимского нефтяного института в г. Уфе.

Об'ем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций. . Работа содержит 100 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 18 таблиц, 5 приложений на 35 страницах и список использованной литературы «72 наименований на 7 страницах.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в шести на-, учных работах. , ■....

Автор выражает глубокую' ' благодарность . научному ; руководители диссертационной работы,' кандидату технических наук Г. М. Файну, кандидатам технических наук. А. Д.;Писарницкому, Д. М. Губер'ману, В. С. Еасовичу, В. В. Следкову, < доотррам /Гйхниуерках А. Агзамову и II X. Каримову аа

помощь в разработке теоретических вопросов и выполнении экспериментальных исследований и производственных испытаний.

Содержание работы. В диссертации приводится анализ мирового опыта крепления глубоких и сверхглубоких скважин. Дан анализ горно-геологических и технико-технологических особенностей сверхглубоких скважин в кристаллических горных породах на примере формирования ствола Кольской скважины СГ-3, определены задачи исследований.

Бурение всех сверхглубоких скважин проводится в условиях минимума информации о состоянии вскрываемого горного массива. Разрез в месте заложения таких скважин предварительно изучается только о помощью геофизических методов, . неполная достоверность которых подтверждается' впоследствии бурением, причем.погрешность априорной информации существенно возрастает с ростом глубин.

Отсутствие достаточно полного об* ема геологической информации обычно не позволяет прогнозировать зоны возможных осложнений при бурении и, соответственно; эаранее сформировать' оптимальную конструкцию скважины. Вследствии этого, при проводке уникальной Кольской скважины СГ-3 был разработан и успешно реализован метод бурения опережающего открытого ствола Этот метод обеспечил возможность корректировки конструкции скважины непосредственно в процессе бурения по данным комплексной оценки большого об'ема геолого-геофизической и технологической информации. . ' '

Отечественный и международный опыт дает основания полагать, что для повышения эффективности мероприятий по управлению траекторией ствола и повышению надежности процесса бурения предпочтительным является максимально возможное увеличение диаметра используемого породо-разрушащего инструмента. Исследованиями установлено, что породы Пе-ченгской структуры, в которой бурится СГ-3, находятся в различном напряженном состоянии, во многом определяемом тектоникой района. Текто-

. - 8 -

но- физические факторы обусл вливают формирование в процессе бурения ствола сложной эллипсной Форш сечения, иногда щедевидного, с образованием глубоких каверн большой протяженности, что в свою очередь, осложняет процесс бурения. Затруднено управление траекторией ствола в пространстве,, его очистка от выбуренной породы и особенно аварийные работы. При сравнительно невысокой производительности насосов 1,8-2,1 мЗ/мин , необходимой для работы вабойного двигателя, эффективное сечение потока намного меньше фактического сечения скважины. Таким обраэом, по всей длине ствола образуются застойные воны. В кавернозных интервалах резко падает скорость восходящего потока и происходит выпадение наиболее крупного шлаш, т. е. каверна является как бы естественным шламосборником. Последнее особенно важно для рассмат* риваемых вопросов, так как скопления в кавернах крупных обломков породи и ылама, посторонних предиетоз,' представляют собой постоянную по-

г

тенциальную угрозу при спускэ обсадной колонны, а такие значительно ухудшают условия цементирования скважины.

Известно, что величина оип еопротгезлания движению бурильной колонны зависит от иротякэнности ствола, глзффицивнта трения, суммарного угла охвата и заташив^эдзго, эффекта а п^девэднои стеоло.' Так, при бурении СГ-3 на глубино 12С00 м вйсолюта» апачзнга сил сопротивления достигали .1400 кП при собет-цэннои босо бурильной колонны около 2СЮ0 Кн. Аварийные ситуации п" 'осдоздшвд, .Еезщд-гшздэ в, таком стводо, трудно поддаются ликвидации. Езэ нэрзчиосэшгсэ дедют невозможным дальнейшее углубление скваяиш без сгкршэнзл'сдорэд&зЯ обсадной колонне . до глубины 12000 и. ^ / . ■ /

В то;м вреыл для. геолабира?ор::л пзоЗходГи» обеспечить возможность проведении иаиболоо ешрокоРо 'комплзнза' гоолого-'гаофизических исследований, в той числе и в пзргкршой обсадной ¡юлошюй- части разреза.

Комплекс- научно-нсс-Еэдозатзяъскщ: работ," весьма' значительный практический опит уЗодитеяьно доказали, что эффективная проводка сверхглубоких скваж: сувдственакм образом свявана с примененмеы бурильных труб из сплавов ка основе алюминия ( ЛБТ )„ Их применение обусловлено в первую очередь тем, что комплекс физико-механических

- S - ' .

свойств алюминиевых • сплавов .наиболее полно отвечает требованиям эксплуатации труб в сверхглубоких скважинах. Удельный вес этих сплавов почти в три раза меньше, . чем у стали,- что позволяет резко снизить собственный вес бурильной газлонны, ДлошшиеЕые сплавы обладают значительно более высокой удельной прочностью, чем наиболее прочные стали, применяемые для йзготовлс-ииг бурильных -труб. Это делает возмоганм обеспечить бурение сквакип на большие глубины с использованием одноразмерных бурильных колонн.

Следует подчеркнуть, что удлинение бурильной колонны из труб ЛЕТ от собственного веса, температуры и действия сил сопротивления значительно, больше, чем у труб из стали. Tait на Кольской скважине.при глубине 11600JL2000 м упругое удлиненно бурильной • колонны только от собственного веса составляет ГЛ штров, причем в зависимости от технологической операции величина удлинения меняется. Зто особо необходимо учитывать при секционном креплении б процессе . спуска секций до забоя . или места стыковки. ^инеГлшэ удлинения и сжгия бурильш-к и обсадных труб при многократных циклах кз^энвния температур в процессе цемента-' ка, обусловливают необходимость особого подхода к процессу стыковки секций и конструкции етикстючнья устройств.

С целью уточнения необходимого об'ёма закачиваемого цементного, раствора в рамках настоящей работы проведен эксперимент по определению коэффициента . вытеснения бурового раствора тдкостью с реологическими свойствами, приближенными к тгхлтогашюму раствору. ' •

Эксперимент осуществлялся по. следующей методике: ;

- выбрал интервал открытого ствола с имеющейся каверной и размером, приближенным к номинальному диаметру долота;

- произведена профияеметряя ствола; •

- произведен спуск компоновки, состоящей из корпусов турбобура диаметром 195 мм на глубину 2650 м; •

- при различных скоростях восходящего потока, согласно расчетным дэ«нЫцементача секции, производилась ■■ закачка утяжеленного бурового

раствора;

- ¡ь.ои.-;ьедена плотнометрия, отбивка верхней и нижней границ;

- после сравнения об'емоз закачанной жидкости и об'ема раствора по границам, отбитым плотномером, определен коэффициент вытеснения. Он оказался равным 0,7.

В последующем, при цементаже трех секций обсадной колонны в интервалах: 8770... 6649 м, 6649... 4291 м, 4291... 1939 м, подсчитанные по вымытому цементному раствору, коэффициенты' вытеснения находились в пределах 0,70 .„.0,75.

Для реализации задач, стоящих перед скважиной, функционирующей в режиме геолаборатории, предпочтительно наличие открытого ?твола наибольшей протяженности. Вместе с тем, состояние околоствольного массива и технико-технологические особенности проводки сверхглубоких скважин диктуют необходимость закрепления ствола скважины обсадной колонной.

На примере Кольской скважины СГ-3 рассмотрено 6 вариантов конструкции скважины и бурильной колонны для углубления скважины до 13500 м и проведены гидравлические расчеты по четырем независимым методикам. Расчеты показывают, что спуск стальной обсадной колонной диь-мг.тром 194 мм не позволяет решить поставленные задачи.

Общими недостатками вариантов крепления ствола скважины промежуточной стальной обсадной колонной диаметром 194 мм являются:

- значительная потеря диаметра ствола для его дальнейшего углубления;

- гидравлические потери более, , чем в 1,5 раза превышающие предельно допустимые для используемого бурового оборудования;

- необходимость использования в нижнёй части компоновки бурильной колонны труб диаметрой 114 мм, обладающих пониженной эксплуатационной надежностью и маломощных забойных двигателей; *

- ограничение возможности проведения ряда сквакинннх геофизических исследований.

Оптимальным вариантом является крепление скважины " хвостовиком" диаметром 210 х 194 мм из термостойкого алюминиевого сплава. Габаритные размеры проектируемой колонны позволяет использовать серийный по-Г.одоразрушающий инструмент диаметром ,190,5 мм, забойные двигатели 172 мм, ЛЕТ беззамковой конструкции 146 мм и ЛБТ со стальными самками

- и -

ЛБТВК-147 мм. Гидравлические и прочностные расчеты .-показывают возможность комплектования легких и прочных колонн, в которых гидравлические потери не превышают допустимых значений.

В качестве обсадных труб используются трубы с внутренними концевыми утолщениями,, которые затем разбуриваются до внутреннего диаметра основного тела.

Трубная заготовка имеет комбинированные концевые утолщения. На- -ружный диаметр колонны выбран равным 220 мм, а внутренний -■• 180 мм, что обеспечит после их проточки, выполнение с требуемой .точностью основных конструктивных размеров выбранного типа соединения. Внутренний диаметр концевых утолщений, равный 180 мм, обусловлен с одной стороны . - возможностью реализации имеющегося на заводе-изготовителе инструмента для правки трубных заготовок после их прессования и термической обработки, а с другой стороны - обеспечивается необходимая .жесткость при механической обработке концов труб для нарезки резьбы. После выполнения соединений"по внутреннему диаметру предусмотрена их, расточка или разбуривание в скважине до диаметра, соответствующего внутреннему диаметру по основному сечению трубы (194 мм ). Приведенный вес 1 п. м обсадной трубы в воздухе составит 14,4 кг.

Изготовление опытной партии труб диаметром 210x10 мм, для спуска в скважину СГ-3 в качестве "проверочного колена" подтвердил, что при сохранении высоких показателей пластичности (6-11^.16%) предел текучести материалов труб составил 394... 396 МПа, а предел прочности более 500 МПа.

Рассмотрены различные варианты соединения труб. Основным требованием к соединениям является обеспечение его равнопрочности с основным сечением трубы, надежная работа на изгиб при.спуске обсадной колонны в условиях ствола сверхглубокой скважины.

В качестве основного варианта выбрано двухступенчатое резьбовое соединение / модернизированное/ типа "Хайдрил". Для него ха-

рактерны относительная простота изготовления, технологичность сборки труб тту собой, высокая несущая способность при осевых и иэгибатаих

нагрузках, герметичность.

Использование труб га алюминиевых сплавов для крепления сверхглубоких сквазшн требует детального анализа влияния нагрузочных ситуаций, . сопровождающих процесс крепления, и геометрических, размеров самих обсадных труб на их несущую способность.

Физико-механические характеристики материала, такие как предел текучести и модуль упругости, определяющие несущую способность трубы, являются функцией температуры.

На эти параметры также оказывают влияние время эксплуатации при данной температуре, напряженно - деформированное состояние расчетного сечеьия, степень, деформации б процессе прессования и последующей правки растяжением.

Особое внимание б работе уделено анализу влияния* на несущую способность труб величин наружного и внутреннего давлений, осевой нагрузки, геометрических параметров /наружный диаметр, .толщина стенки овальность поперечного сечония трубы по ее внешней поверхности с учетом допусков при cô изготовлении/.

Маожэствешшй регрессионный . анализ, . проведенный по .специально ■ раоработшшной программ для ГОШ "Collaps", позволил определить, что кш;болео иначимым фактором является температура, затем толщина стенки, наружный диаметр и d.незначительной степени - . овальность. Построены графические зависимости'для расчетов при проектировании крепления.

Специфически особенностью <ЛБТ является анизотропия их прочностных и пластичес1«1Х свойств, об'ясняемая влиянием так называемого ''пресс-эффекта", поаникающзго в процессе прессования и правки труб. Так как технологический процесс изготовленная трубньгх заготовок для ЛЕТ и обсадных труб одинаков,, указанные особенности будут присущи и обсадным трубам, т. е.. обусловят пониженную сопротивляемость к радикальным нагрузкам.; .,; . '.-л

Для оценки поперечной пластичности материала труб были проведены лабораторные исследования .деформационного.'поведения труб ири приложении радиальной нагрузки в соответствии с ГОСТ 8095-75. '• '

• Критерием поперечной, пластичности кольцекого ' образца с^укмт кл^Ь-

фициент охрупчивания, определяемый как отношение наименьшей оси эл-' липса после появления в нем трещины и снятия приложенной нагрузки к его исходному диаметру. '

Испытания проводились на четырех температурных уровнях, исходя иэ реальных условий эксплуатации труб; 20 , 140 , 180 и 180 град. С. После нагрева образца производилось его «агрукеииэ непосредственно в полости печи. Момент появления первой трещины в образце фиксировался по резкому снижению приложенной к нему осевой нагрузки. Лпализ полученных результатов позволил обоснованно выбрать ссрта'аггг натурных образцов для стендовых испытаний.

для стендовых испытаний было отобрано 18 образцов труб наружным диаметром 210 мм с тодгршсЯ стоя!Ш 10 Ь.1 ггэ сплзза Д16Т, :e<arr.sro согласно протоколу заводских испытания продел текучссти 394«39б Ша; и предел прочности 54Q.556 ЫПа.

На внешнее сминаюг;;е и на вяухрггаоэ дагло'ши, ждажшпа проводились при помощи специальных скопстрГ'5р©-йнтгы7 стопдог.

Целью стендового нспыташш яэлялсоь опрэдегэжго ф2:гатг:эс!;ш: критических давлений, при которых наст-упео? разрушай? груби оразггс-ггаэ их с расчетными значениями. Крс^е того, оцаз»з$лгС£ зсзьшиесгь применения известных соотношений, применяема при ргечзт-э стольных обсадных труб, к трубам из алюминиевых сплавоз..

Полученные результаты совместно с д?.нп:::-:и рзгрзссконкш уравнений использовались при проектировании ЬбсалзоЛ шлокки.

' Для проверки прохождения колонии пз аисмнипэпого-сплава череа ранее спущенную обсадную колонну, а тгжго' длл опродолэшт перепада. давлений в ватрубном пространстве при различны:: репп;а;с проьивки, соответствующих ожидаема фи цемзнтйроЕ-aiinii, бш осуц-эстз."згг спуск заслона колонны в скважину до глубины 87S0 ¡л.

Шаблон длиной 50 м, изготовлений из трубных заготок сплава ЛЮТ, был спущен до башмака существующей обсадной колонны (8770 :.i). Затем .был проведен эксперимент по'определению перепада давления при фнкслро-ваннной производительности. Результаты экспериментальных работ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Давление на выкиде бурового насоса при различной производительности

I I 1 | | Открытый конец | 1 Шаблон-колонна |

| | бурильных труб | 11 1 диаметром 210 мм |

1 1 г 11 I 1 1 №. Л/сек! 201 251 301 35 | 40 | 45 | 1 1111111 ■ II 1 1 1 20| 25| 30| 35 | 40 | 45 | |||| 1 1

1 . 1 11.111 1 11 1 1 1) |Р, МПа |4,6|6,2|9,8|12,0|16,0|20,0| 4,0|6,4|9,0|12,0|16,4|20,6)

1 Г .1 1 II II 1 1 ., I.. .1. ... 1........1... . 1 .. 1 1 I I 1 1 1

Существенным, на первый взгляд, недостатком обсадной колонны, скомпонованной из труб алюминиевых сплавов, является ее сравнительно низкая износосотойкость. Вместе с тем, анализ горно-геологических условий перекрываемой части разреза скважины, представленной кристаллическими породами, пористость и проницаемость которых крайне низки по сравнению с осадочными породами, а насыщенность флюидами минимальна, дает основание полагать, что даже при максимальном иэносе отдельных участков проектируемой обсадной колонны, она обеспечит устойчивость перекрытой части разреза, предотвратит' заклинки КНБК, улучшит очистку скважины и уменьшит силы сопротивления движению бурильной колонны.

Для повышения износостойкости обсадной колонны предусмотрено при дальнейшей работе в скважине использование специально разработанных элементов низа . бурильной, колонны - центраторов со сменными лопастями из алюминиевого сплава, защитных колец специальной конструкции для породоразрушающегося инструмента Часть бурильной колонны будет комплектоваться из ЛБТ беазамковой конструкции, что благоприятно повлияет на ее' долговечность. Кроме того", даже в случае появления со временем сквозных нарушений в обсадной колонне< это не приведет к возникновению серьезных осложнений. Колонна будет выполнять свои функции, гак как СГ-3 не имеет аномально высоких и низких пластовых давлений.

Анализ предполагаемых условий эксплуатации обсадных и бурильных колонн в сверхглубоких скважинах привел к заключению, что наиболее перспективным является..применение ЛБТ беззамковой конструкции. При этом:

- обеспечивается защита обсадных колонн от повреждения бурильными вамками;

-многократно снижается количество аварийноопасных резьбовых соединений;

- упрощается процесс ловильных работ;.

- повышается технико-экономическая эффективность..

Для улучшения адгезии тампонирующей смеси и предотвращения коррозии обсадных труб из алюминиевых сплавов нами, совместно с НПО " Маема" выполнены работы.по изысканию специального смазывающего состава для покрытия наружной поверхности обсадных труб перед, спуском их в скважину.

Конфигурация ствола Я?-3 дает основание предположить,'" что обсадная колонна может быть"спущена без специальной тщательной подгот вки ствола. Вместе с тем, на отдельных участках скважины не исключено наличие локальных перегибов и уступов, которые не зафиксированы геофизическими исследованиями. Наличие застойных зон в стволе и скопления в_ них шламого материала приводят к заключению, .что перед спуском колонны скважину все же следует проработать. С нашей точки зрения ее следует проводить компоновкой бурового инструмента, обеспечивающей наибольшее воздействие на "лежачую" стенку скважины. Такая компоновка включает в себя одношарошечное долото, переводник с перекосом осей 5в30', две' секции турбобура, СБТ диаметром 114 мм ( гибкая связь ), калчбратор, УБТ.

Подобная компоновка используется в СГ-3 для " зареэки " обходных стволов. Как показывает опыт работы, она достаточно эффективно работает на "лежачую" стенку скважины, а наработка уступа происходит при техничг-ской скорости менее 3 м/час, следовательно, для проработки ствола с целью исключения возможности янбуривания нового ствола око Г'ОСть по;;ачи бурильных тпуб должна быть ке менее 10 м/час.

Очистку ствола скважины от шлама достаточно эффективно можно провести,' испольвуя прямую и обратную промывки на специально разработанных нами режимах.

Технологические особенности процесса цементирования обсадной колонны зависят от ряда ограничений, обусловленных прочностными характеристиками труб из алюминиевых сплавов, и заключаются в следующем:

- необходимо обеспечить минимальную разницу плотностей тампонирующего и бурового растворов;

- гидравлический расчет процесса цемеигирования необходимо выполнять для последовательных стадий в зависимости от интервалов нахождения столбов бурового и тампонажного растворов в скважине;

:- для предотвращения разрыва потока жидкости и повреждений обсадных труб на стадиях цементирования, необходимо обеспечить противодавление в затрубном пространстве, что достигается штуцерованием на устье скважины;

- противодавление при итуцеровании определяется из равенства гидравлических потерь в циркуляционной систекэ ( включая давление пггуце-рования на устье ) и разности гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве. Результирующее давление пггуцерования на каждой стадии цементировании выбирается ¡сак иакболькзе из двух найденных зна~. чений. • 1 ( • ■.

известно, ори спуске обсадных колонн предпочтение отдается различный клюювш аазалтаы, спайдэрод п 'спайдэр-элеваторам. Трубы из алшиниевых сплавов обхадаот повышннойчувствительностью к радиальным сжимающим нагрузкам, что подтвзредаотея при испытании образцов, вырезанных в продольной и попорочаом иааргажншях. Вследствии этого, при контакте труби с наашовьаа: сехвагаип с кой могут возникнуть продольная трещина или местная.потеря устойчивости труба При.проектировании захватных устройств дал раЗот^ с грубшя: из. алшишеього .сплава, проведены расчеты ди1Шл р£^чэЙ поглрхности плашек спайдера-элеватора. При этом йспольвовасазь'{¿Х/.-Л •.'•■.■; ',•••.''.•;' -V методика расчета допустимой осовой кагр.уекн ка трубу Ii.ll Лэпатухина На основании вы-

полненных расчетов построены графические зависимости длины рабочей поверхности плашек различной конусности от предела тэкуческти материала , и вида трения, использованные . при проектировании захватного устройства. .

В диссертационной работе такта провэдзна аналитическая оценка прочностной долговечности обсадной [»лопни с уютом действующих сил сопротивления движнию бурильной колонии в схеэйнно и пр:оваж®щх усилий, даны рекомендация по скиязнгш работы сил трзнкя.

ЕШЮДЫ И Р8Й0!£8ДАЯШ1

Проведенные исследования а получзгииэ згагит;г!зсга:э зависимости, изложенные в работе, позволяют с^ориулпфогзть шсзсгэдуггда выводы и рекомендации: .

1. Разработана цэтодика выбора ¡юнетрукушпьк параметров и эксплуатационных характеристик обсадных труО для нрэпленця оболганных зон в сверхглубоких скваяинах,. обоспзщгеж^к: и:: додгозэчкооть при функционировании скЕагсш в реяж^э гсо,табср.хгор:!Л о Еози'окпоатъю дальнейшего углубления. Зха методика позволле1? оцэнтггь выбор обсадных ко-лбнн при их секционном спуске на болыпк» глубины с сОэеи-эчэшгем необходимых гидравлических параметров длп цз^згггагл.

2. Обоснована целесообразность пржэкоши сбсадпкг: труб из легких сплавов на основе ааяминил длд ¡среплопка сверхглубоки;-: сквалзт в кристаллических породах прошл^уточикш: кояош!а\з:. Разработаны новы? конструкции обсадных и бурильных труб из агаомипиэвых сплазоа,' исследованы их эксплуатационные характеристики, установлены расчетные параметры для проектирования и эксплуатации колонн из них.

3. Разработана уточненная методика и программное обеспеченно расчета величины упругого удлинения трубных колош; под действием вес? подвешенной секции, собственного веса, сил сопротивления и температурных условий скважины. Разработанные методика и программное обеспечений широко используются при ведении работ на СГ-3.

4. Впервые разработаны методические основы аналитической оценки

наноса обсадных колонн из алюминиевых сплавов. Износ обсадных колонн оценивается в зависимости от суммарной работы сил трения в паре бурильная - обсадная колонны в среде бурового раствора.

5. Разработан комплекс технических средств, технологии спуска, крепления и эксплуатации обсадных, колонн в сверхглубоких скважинах в кристаллических породах. • Разработанные технологии и технические средства успешно применяются на Кольской скважине и рекомендуются для использования на глубоких и сверхглубоких скважинах, бурящихся в кристаллических горных прродах.

Основное положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хахаев Б. Е , Бердичевский R И., Кочергин Е С., Космынин В. Е Особенности крепления оверхглубоких скважин. Разведка и охрана недр. М. ; Недра, 1990, N 12, С. 26-27.

2. A.C. 1768747. Раз*единитель Зурильной колонны Басович B.C., Бердичевский ЕИ., Губерман Д. М. и др. ,Бюл. N38 , 15. ю! 92.

3. Бердичевский Е И. ' Проблемы проектирования конструкции сверхглубоких окважин,- функционирующих, в режиме геолабораторий.: М. 1993, Серия Строительство Перяных и газовых скважин на,суше и на море. ВНИ-ЯСЯНГ. Вып. 5., С. 1 - 6. : • • . • ' :

4. D.M. Guberriictii, V.l. Berdichevsky, A.D.. Pisarnitsky. Kola p]untos new. depths. Oil and Gas Russia Vol No 2, Summer 1993, p. г.; ;:?. . ■ •.

А также использованы положительные решения Госкомизобретений по

■ЗйлЬКЭМ:

1. Способ крепления глубоких скважин / Файн Г. Ж , Данёлянц М. С., Г!;.,- лрннцкнй А. Д. , Губерман Д. М., Бердичевский В. И. -- Положительное ре-гьние Госкомизобретений по заявке N 5013450/03 (0614-19) 'от 00.07.91.

2. СпЬсоб контроля состояния обсадной колонны Данелянц М. С., Писарницкий А. Д., Любинин И. А.; Файн Г. М., Бердичевский Ей. - Положительное решение Госкомизобретений по заявке N 5004726/03 (068319) от 02.07.91.

Соискатель

В. И. Бердичевский

Подписано к печати, аз.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. листов . Тирая уоо экз. Заказ 'о?г.

Уфимский нефтяной институт

Ротапринт Уфимского нефтяного института

Адрес института и полиграфпредприятия: 450062, Уфа, Космонавтов, I